球柱壳耐压舱体极限承载力研究

耐压舱设计是水下机器人的核心技术之一,其极限承载力研究是核心中的核心。针对球壳封盖加柱形壳体耐压舱,现行标准对于初始导入缺陷数值的确定往往过于保守,对于耐压舱体数量较多的无人潜水器来说,过大的设计质量是总体设计所无法接受的。首先采用装配体整体建模策略,建立复合屈曲的受力模型,将三大非线性影响因素同时引入到极限承载力研究中,提升了计算精度。然后分别针对确定性缺陷和非确定性缺陷结构开展极限承载力研究。最后,提出以0.23%的初始缺陷导入尺度作为球壳封盖加圆柱壳体的耐压壳体缺陷导入参数,给出了导入尺度的计算方法,并借助水压试验对上述参数的准确性进行验证。     

深潜器大开口球形耐压操纵舱结构模型的力学性能

结合模型试验和数值计算对大潜深、带大开口的球形耐压结构静态力学性能进行了研究。研究中考虑到材料非线性、非弹性的因素,通过对材料拉伸试验曲线的分析,得到了材料应力-应变的近似表达式;并且利用超声测厚仪对结构模型的几何缺陷进行了测量。同时基于参数化设计语言建立了有随机几何缺陷的有限元模型,并利用接触单元考虑了大开口观察窗与耐压结构的联系。试验验证表明论文提出的利用有限元软件分析大潜深、大开口耐压壳体力学性能的计算方法和计算策略是准确可靠的,所获得的结果可供设计使用。     

初始缺陷对深海载人潜水器耐压球壳塑性稳定性影响

载人深潜器耐压球壳是中厚度壳结构,当结构发生失稳时,球壳结构的局部部位因为材料达到屈服极限而发生了塑性变形.将有限元分析与经典理论相结合,研究弹性屈曲模态缺陷、局部缺陷以及球壳整体圆度和厚度偏差对中厚度球壳结构的塑性稳定性的影响.计算结果表明中厚度球壳结构对初始缺陷并不很敏感,对球壳结构当局部缺陷范围刚好达到临界弧长时结构的承载力最弱.通过缺陷结构和完善结构的极限承载力比较,提供了初始缺陷影响曲线.     

基于APDL的深海环境模拟耐压舱应力分析

针对两种不同底座结构的90 MPa深海环境模拟耐压舱,应用AYSYS软件的APDL建立参数化有限元模型,在有限元分析基础上,将分析数据映射至高应力强度及不连续部位路径上进行线性化处理;依据JB4732-1995《钢制压力容器-分析设计标准》中的应力限制对线性化结果进行安全评定;分析对比两种方案,以设计安全和重量最小化为目标,优选满足设计要求的结构方案,为深海环境模拟压力舱的设计提供了参考。     

Spar平台硬舱结构弯曲极限强度有限元分析

Spar是一种新型的深海油气资源开发平台,由于结构比较复杂,平台硬舱结构的弯曲极限强度很难用常规的理论方法进行计算。采用非线性有限元分析方法,分析结构构件、边界及载荷条件对硬舱结构弯曲极限承载能力的影响。结果表明:单舱段和两舱段的极限弯矩计算结果基本一致;当弯矩载荷方向平行中心井对角线方向时,结构的抗弯强度较弱;重力载荷对舱段的极限弯矩影响较小;结构内部的环向框架能显著提高舱段的抗弯强度。     

深海沉积物地热探针结构设计分析

文中详细介绍和分析了深海沉积物地热探针结构系统的材质选取,材料耐压强度理论计算以及设计过程.对关键部件进行了多种方式的计算和强度校核,为深海沉积物地热探针结构系统的应用提供了扎实基础.     

水下机器人耐压舱优化设计与结构分析

水下机器人的耐压舱设计要求在满足总体指标的前提下,最大限度地提高设计强度与稳定性,同时尽可能降低质量。本文使用ANSYS Workbench中的Design Explorer模块,对耐压舱进行快速优化设计,一次获得多个优化候选结果,经过对比分析得到最优设计方案。然后,针对装配形式进行接触分析,确保大压力条件下结构不会在接触面发生失效破坏。最后,对舱体结构进行稳定性分析,确保结构能够在大深度环境中不发生失稳破坏。本研究为水下机器人耐压舱体快速优化设计、强度和稳定性校核提供了参考。     

深海无人系统大长径比环肋圆柱壳结构设计与试验研究

环肋圆柱壳是深海无人系统广泛采用的一种耐压结构形式,保障其结构安全是系统研制过程中非常重要的一环。针对环肋圆柱壳的结构特征推导了组合结构重量关系式和结构参数简化估算方法,并以一种超长型深海无人系统耐压结构为例,围绕大长径比环肋圆柱壳的结构形式、设计计算、仿真分析、模型验证等开展研究。研究表明提出的大长径比环肋圆柱壳结构设计参数简化估算方法具有较好的适应性。相关计算和分析结果可以为该型深海无人系统结构设计提供技术支撑,也可以为其他类似耐压结构设计提供参考。     

万米级深海陶瓷耐压结构水下内爆流场数值模拟

耐压结构是深海潜器的重要组成部分,但在深海的高压环境中却存在内爆的风险。为研究陶瓷耐压结构水下内爆的流场特性,使用针对可压缩多相流问题开发的开源代码,采用直接数值模拟,应用自适应直角网格,对两种压力条件下的耐压结构水下内爆进行了数值模拟。通过低压模拟结果与理论解和试验值比较,验证了模拟方法的有效性,进而开展万米级深海陶瓷耐压结构水下内爆模拟。分析发现：陶瓷耐压结构发生内爆后,其内部气腔存在多次压缩—反弹现象,深海环境压力越大则反弹越不明显;气腔反弹阶段,在结构外部将产生数倍于深海环境压力的冲击波,且传播速度接近声速;冲击波压力峰值与到球心距离呈负指数幂函数关系;在相同深海环境压力下,耐压结构外部监测点的冲击波压力与球体半径呈正比例关系。     

深海耐压仪器舱的设计

结合海底地热流探测设备工作环境的需要,介绍了深海耐压仪器舱的设计过程,重点解决了耐压、水密和防腐蚀三个问题,并进行了压力试验和海上试验,能够满足4000m水深的使用要求。